книги / Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч. 1

- обычный (требования по сульфатостойкости не предъявляются);

-сульфатостойкий (СС); б) типы I-G и I-H:

-высокой сульфатостойкости (СС-1);

-умеренной сульфатостойкости (СС-2).

Обозначение тампонажных портландцементов типа III в зависимости от плотности цементного теста пред­ ставлено в табл. 4.15.

Таблица 4.15

Значения плотности (г/см3), цементного теста для цемента типа III

Основные свойства тампонажных портландцементов (табл. 4.16)

4.3.4.Свойства сульфатостойких цементов

(табл. 4.17)

4.3.5.Кислотоупорные цементы (табл. 4.18)

4.3.6.Шлакощелочные вяжущие вещества

Шлакощелочные вяжущие вещества [15] — такой вид вяжущих, который состоит из шлаков различного состава и щелочного компонента, в качестве дополни­

тельных компонентов используют добавки тонкоизмельченного клинкера (для ускорения набора прочно­ сти), а также тонкомолотые добавки. В качестве ще­ лочного компонента шлакощелочных вяжущих веществ используют: едкий натр, соду кальцинированную, плав соды кальцинированной, метасиликат натрия (с сили­ катным модулем и = 1), дисиликат натрия (« = 2), сили­ кат натрия растворимый (2 < и < 3), жидкое стекло на­ триевое. Классификация шлакощелочных вяжущих веществ в табл. см. 4.19,4.20.

Марки шлакощелочных вяжущих веществ, опреде­ ляемые по активности в нормальных условиях тверде­ ния, на доменных, электротермофосфорных шлаках и шлаках цветной металлургии в зависимости от вида щелочного компонента представлены в табл. 4.20.

Сроки схватывания шлакощелочных вяжущих ве­ ществ со щелочным компонентом:

•жидкое стекло:

начало, не ранее — 20 мин; конец, не позднее — 6 ч.

• с другими компонентами: начало, не ранее — 30 мин; конец, не позднее — 12 ч.

Предел прочности при сжатии для шлакощелочных вяжущих веществ, имеющих марку 300-1000 — (30-100) МПа.

Шлакощелочные вяжущие вещества используют для легких, тяжелых бетонов, теплоизоляционных бетонов, жаростойких бетонов (200-1500 °С), с высокой морозо­ стойкостью (по количеству циклов замораживания— оттаивания F = 200 - 1000), водонепроницаемостью (W = 4 - 30), для коррозионностойких бетонов (в агрес­ сивных минеральных и органических средах).

Шлакощелочные вяжущие вещества и бетоны на их основе выпускают по техническим условиям заводовизготовителей.

Таблица 4.19

292

Щелочной компонент

о

U

«

о

я

X

Таблица 4.20

4.3.7. Фосфатные вяжущие системы

Отличительной особенностью этой группы материа­ лов является то, что в основе их монолитизации лежат процессы синтеза фосфатных соединений [16]. Для фосфатных цементов отвердевание обусловлено хими­ ческим взаимодействием исходного твердого порошко­ образного компонента с жидкостью затворения, содер­ жащей фосфатные анионы. В качестве таких жидкостей могут использоваться как водные растворы фосфорных кислот (главным образом ортофосфорной), так и рас­ творы кислых фосфатов (фосфатные связки), например аммония, алюминия, магния, хрома и т. д. В качестве порошкообразного компонента фосфатных композиций используются оксиды и гидроксиды различных метал­ лов, стекла различного состава, соли, бескислородные соединения, порошки металлов и т. д. Основным хими­ ческим процессом, инициирующим твердение фосфат­ ных композиций, является кислотно-основное взаимо­ действие жидкости затворения и твердого вещества. Условия проявления вяжущих свойств зависят как от свойств фосфатного затворителя (степень нейтрализа­ ции, химический состав), так и химических особенно­ стей порошковой части. Повышение основности по­

рошкообразной составляющей фосфатной композиции приводит к увеличению его химической активности по отношению к фосфатному затворителю и переходу от фосфатных систем, отвердевающих только в условиях, стимулирующих химическое взаимодействие компо­ нентов (нагрев, механохимическая активация), к систе­ мам, твердеющим при нормальных условиях, и далее к объектам, проявляющим вяжущие свойства только при снижении интенсивности взаимодействия порошка и затворителя.

В качестве затворителя наибольшее применение нашли растворы термической ортофосфорной кислоты 40-70%-й концентрации (ГОСТ 6552-80), соли орто­ фосфорной кислоты, а также алюмофосфатная, алюмохромфосфатная, магнийфосфатная, хромфосфатная связки, которые выпускаются по техническим условиям заводов-изготовителей (АХФС ТУ 6-18-166-83; АБФС ТУ 113-08-606-87).

Фосфатные вяжущие системы нашли наиболее ши­ рокое применение в качестве связующего для разработ­ ки жаростойких бетонов, огнеупоров, клеев, а также компаундов и клеев с электроизоляционными и токо­ проводящими свойствами и т. д. (табл. 4.21-4.24).

Таблица 4.21

Таблица 4.23

Применение

Клеи для склейвания конструкционных материалов, покрытия

Таблица 4.24

Показатели

Объемная масса, кг/м3

Предел прочности при сжатии параллельно слоям стеклоткани, МПа, при:

Стеклотекстолит

АФТ-2П, АФТ-5 АФТ-18 АФТ-2Н

1700-2000 1800-2000 1800

Зубные фосфатные цементы (табл. 4.25)

4.3.8. Щелочные силикатные связки

Щелочные силикатные связки — это концентриро­ ванные водные растворы кремнезема в щелочах, а так­ же микрогетерогенные системы, содержащие кремне­ зем различной степени полимерности при pH > 7 и проявляющие способность к адгезионному отвердева­ нию при высыхании системы или при взаимодействии с отвердителями [10].

Классификация связок [19]:

где / — степень полимерности; М — молекулярная масса.

2. По химическому составу, по мере возрастания си­ ликатного модуля (п = Si0 2/R20 мольн.) щелочные си­ ликатные связки образуют ряд:

Высокощелочные -> Жидкие стекла -»

-» Полисиликаты -> Золи

3.По виду катиона: калиевые, натриевые, литиевые

исиликаты органических оснований (наиболее распро­ страненные силикаты четвертичного аммония) и сме­ шанные связки.

4.По содержанию воды в силикатных связках раз­ личают:

Высоководные системы -» Низководные системы -»

—>Порошки

Из всех щелочных силикатных связок отечествен­ ная промышленность в наибольших объемах выпус­ кает жидкие стекла (водные растворы щелочных си­ ликатов натрия и калия, а также смешанные натриево-калиевые и калиево-натриевые), получае­ мые растворением растворимых силикатов натрия и калия «силикат-глыбы» в воде; золи кремнезема, рас­ творы полисиликатов, некоторые виды порошкооб­ разных силикатов натрия.

Технические свойства силиката натрия растворимого (табл. 4.26)

Свойства натриевого и калиевого жидких стекол (табл. 4.27)

Свойства коллоидных растворов силикатов натрия (табл. 4.28)

Свойства порошкообразного метасиликата натрия (табл. 4.29)

Основные области применения щелочных силикат­ ных связующих: в качестве связующего для лакокра­ сочной промышленности, для покрытий различного назначения, для изготовления литейных форм и стержней, для жаростойких бетонов, для укрепления грунтов и т. д.

Свойства огнезащитных покрытий на основе жидкостекольного связующего (табл. 4.30)

Краски силикатные (связующее — калиевое жидкое стекло)

(табл. 4.31)

Бетоны жаростойкие на силикатных связующих (жидком стекле с отвердителем, силикат-глыбе с отвердителем) BR S (табл. 4.32)

Состав и свойства полимерсиликатных химически стойких бетонов (табл. 4.33)

4.3.9. Полимерцементные вяжущие

Полимерцементные материалы относятся к ком­ позиционным вяжущим, получаемым на основе не­ органической составляющей (портландцемент, гли­ ноземистый цемент, гипс и др.) в сочетании с органическим компонентом [20]. В качестве орга­ нического компонента используются водораствори­ мые материалы (эпоксидные, карбамидные и фурановые смолы, производные целлюлозы и др.) и водные дисперсии полимеров (поливинилацетат, латексы, эмульсии кремнийорганических полиме­ ров). Применяются также мономерные и олигомер­ ные соединения, которые полимеризуются при гид­ ратации вяжущего материала под действием отвердителей и инициаторов, температуры, pH-среды и т. п. Полимерный компонент вводится либо в воду затворения, а затем используется при приготовле­ нии растворной или бетонной смеси, либо вводится в виде порошкообразного компонента в состав су­ хой смеси на основе вяжущего вещества, а затем при затворении растворной или бетонной смеси во­ дой диспергируется в водной среде, а при твердении растворов полимеризуется [10]. Свойства получае­ мых материалов зависят от многих факторов: вида и качества цемента, вида полимера, полимерцементного отношения (П/Ц), водоцементного отношения (В/Ц) и др. Полимерцементное отношение опреде­ ляется как отношение массовой доли полимера (в расчете на сухое вещество) и цемента в композици­ онном вяжущем. Для полимерцементных материа­ лов характерно отношение П/Ц > 0,2-0,4, когда по­ лимерная фаза образует в цементном камне органическую структуру. При П/Ц = 0,2-0,25 кри­ сталлизационно-коагуляционная структура цемент­ ного камня в местах дефектов (полы, трещины) ук­ репляется полимерной составляющей, что и обусловливает формирование более прочной и эла­ стичной структуры. При П/Ц > 0,25 полимер обра­ зует непрерывную полимерную сетку. В полимер­ цементных композициях не наблюдается взаимодей­ ствие между органической и неорганической фазами [20]. Органические фазы взаимодействуют с гидратными фазами только за счет ионных и водород­ ных связей и сил Ван-дер-Ваальса. В присутствии полимерных добавок изменяется кинетика гидрата­ ции портландцемента, причем с ростом П/Ц наблю­ дается замедление скорости взаимодействия цемен­ та с водой.

Составляющие полимерцементной композиции су­ щественно различаются по свойствам. Неорганическая составляющая характеризуется высокой прочностью при сжатии и низкой — при сгибе и растяжении, а так­ же низкими показателями износостойкости и коррози­

онной стойкости. Полимерный компонент компенсиру­ ет указанные отрицательные характеристики вяжущего вещества, повышая морозостойкость, водонепроницае­ мость цементного камня и т. д. Использование термо­ пластичных полимеров (производные целлюлозы, по­ ливиниловый спирт) способствует повышению адгезии цементного камня к другим материалам. Влияние по­ лимерной добавки на прочность полимерцемента свя­ зано с условиями твердения и видом полимера. Присут­ ствие полимера придает бетону высокую прочность при растяжении и изгибе только в воздушно-сухих услови­ ях, при водном твердении или во влажных условиях отмечается снижение прочностных показателей, осо­ бенно при изгибающих нагрузках. Из водных дисперсий наибольшее распространение получили поливинилацетатные (ПВА), бутадиенстирольные латексы (СКС65ГП, СКС-50ГП), латексные дисперсии марок СКД-1, СКМС-65ГП и др. В качестве водорастворимых поли­ меров используются эпоксидная смола (С-89), эпоксид­ но-алифатические смолы (ДЭГ-1, ТЭГ-1 и др.), феноль­ ные жидкие смолы (СРЖ), карбамидные смолы (МФ17, М-70, КС-68 и др.), метилцеллюлоза и ее производ­ ные. Применяются также кремнийорганические жидко­ сти (типа ГКЖ). Водорастворимые полимеры снижают усадку бетонов на 30-40 %, а водные дисперсии вызы­ вают повышение усадочных деформаций, что объясня­ ют суммарным эффектом усадки цементного камня и высыхающего полимера. С увеличением содержания полимера, набухающего в воде, наблюдается снижение водопроницаемости. Износостойкость полимерцементного камня возрастает в 10-50 раз и определяется износостойкостью полимерной составляющей и вели­ чиной П/Ц.

Полимерцементные материалы широко используют­ ся для изготовления полов, в качестве изоляционных и защитных покрытий, отделочных материалов, водоне­ проницаемых материалов для строительства метро, в гидроэнергетике и т. д.

Использование редиспергируемых полимерных по­ рошков в качестве полимерной составляющей позволи­ ло разработать сухие полимерцементные смеси различ­ ного назначения [21]. Материалы на основе сухих строительных смесей, модифицированные полимерами, обладают высокими адгезионными свойствами, повы­ шенной прочностью при изгибе, стойкостью к истира­ нию, незначительной усадкой, улучшенными реологи­ ческими свойствами. Редиспергируемые полимерные порошки (РПП) — это сополимеры винилацетата, эти­ лена, винилхлорида, виниллаурата, акрилата и других мономеров. РПП получены медленной сушкой латек­ сов, содержащих стабилизаторы, предотвращающие коагуляцию латекса, а также защитные коллоиды и противовспенивающие агенты, которые обеспечивают получение сыпучего порошка. В процессе последующе­ го перемешивания цементно-полимерной сухой смеси с водой РПП диспергируются в воде, без коагуляции с

частицами цемента, а затем в процессе испарения воды в твердеющем строительном растворе образуют пленки.

Растворимые эфиры целлюлозы различаются: по химической основе (метил-, метилгидроксиэтил-, метилгидроксипропилцеллюлоза); по дисперсности час­ тиц — от сверхмелкодисперсных порошков до грану­ лообразных частиц; по вязкости (5-60 000 мПа • с). Введение порошкообразных растворимых эфиров цел­ люлозы в состав цементных композиций в небольших количествах, от сотых до десятых долей процента, пре­ пятствует расслоению частиц различных размеров в растворной смеси, обеспечивает удержание воды в рас­ творной смеси, уменьшает отсос воды в основание, на которое наносится растворная смесь, придает полимерцементным клеям устойчивость к сползанию во влаж­ ном состоянии, повышает прочность сцепления с осно­ ванием.

Свойства ряда иолимерцементных композиций представлены в табл. 4.34.

4.3.10. Классификация цементов, общие технические требования

Требования к цементам по ГОСТ 30515-97 (табл. 4.35) согласованы с ENV 107-1 [22] в части пра­ вил приемки и оценки уровня качества по критериям соответствия, а также классификации цементов но классам прочности.

Классификация:

1.По назначению цементы различают на:

-общестроительные;

-специальные.

2.По виду клинкера цементы подразделяют на основе:

-портландцементного клинкера;

-сульфоалюминатного (сульфоферритнош) клинкера.

3.По вещественному составу цементы подразделяют на типы, характеризующиеся различным видом и содержанием добавок.

4.По прочности при сжатии цементы подразделяют на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

5.По скорости твердения общестроительные цементы подразделяют на:

-нормально твердеющие с нормированием проч­ ности в возрасте 2 (7) и 28 сут.

-быстротвердеющие с нормированием прочно­ сти в возрасте 2 сут., повышенной по сравнению с нормально твердеющими, и 28 сут.

6.По срокам схватывания цементы подразделяют на:

-медленносхватывающиеся с нормированным сроком начала схватывания более 2 ч.

-нормальносхватывающиеся с нормируемым сроком начала схватывания от 45 мин до 2 ч.

-быстросхватывающиеся с нормируемым сро­ ком начала схватывания менее 45 мин.

Активные минеральные добавки, предназначенные для производства цементов с повышенной водостойко­ стью (пуццолановые цементы, портландцементы и шлакопортландцементы), повышенной сульфатостойкостью (сульфатостойкие и пуццолановые цементы), а также для улучшения технических свойств портландцементов, применяются также при производстве из- вестково-пуццолановых, известково-гипсовых и других вяжущих веществ.

Минеральная добавка считается активной, если она обеспечивает конец схватывания теста, приготовленно­ го на основе добавки и извести-пушонки не позднее 7 сут. после затворения, и водостойкость образца из того же теста не позднее 3 сут. после конца его схваты­ вания (табл. 4.36).

Микрокремнезем конденсированный

Микрокремнезем конденсированный представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из час­ тиц сферической формы, получаемый в процессе газо­ очистки печей при производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным компонентом материала является диоксид кремния аморфной модификации.

Микрокремнезем конденсированный предназначен для применения в качестве высокоактивной минераль­ ной добавки к цементу (табл. 4.37).

Область применения бетонов с микрокремнеземом конденсированным при его содержании в количестве 30 % массы цемента — в бетонах и железобетонных сооруже­ ниях жилищно-гражданского и промышленного строи­ тельства, включая системы питьевого водоснабжения.

По ТУ 4325-001-02495336-96 микрокремнезем конден­ сированный поставляется в трех формах и маркируется:

-неуплотненный — МК-85; МК-65;

-уплотненный — МКУ-85; МКУ-65;

-в виде суспензии — МКС-85.

Индекс активности микрокремнезема конденсиро­ ванного определяют сопоставлением результатов испы­ таний прочности при сжатии растворных образцов по­ сле пропаривания (образцы готовят с использованием , 90 % цемента и 10 % микрокремнезема конденсирован­ ного и стандартных образцов в соответствии с ГОСТ 310.4—81). Индекс активности (К) определяют по фор­ муле:

К = Д ^ х 100 ;

где R'C7K— прочность при сжатии образцов, выпол­ ненных с 90 % цемента и 10 % микрокремнезема конденсированного (к массе вяжущего), МПа; Я2сж— прочность при сжатии образцов, выполненных по ГОСТ 310.4-81, МПа.

Добавки к цементу. Добавки-наполнители

Добавки-наполнители (ТУ 21-13-6-89) подразделя­ ются на добавки кремнеземистые, состоящие, в основ­

ном, из различных форм кремнезема, и карбонатные породы. Другие материалы могут применяться в каче­ стве добавки-наполнителя для цементов, если они бу­ дут удовлетворять требованиям представленным в табл. 4.38.

Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов

Доменными гранулированными шлаками называют­ ся силикатные и алюмосиликатные расплавы, получае­ мые в производстве чугуна и обращаемые в мелкозер­ нистое состояние путем быстрого охлаждения. Элек­ тротермофосфорные шлаки силикатного расплава полу­ чают при производстве фосфора методом возгонки в электропечах и обращают в мелкозернистое состояние путем быстрого их охлаждения на припечной гранули­ рующей установке. Шлаки применяются в качестве компонента в производстве цементов.

Ниже приводятся основные технические требования к химическому составу шлаков (табл. 4.39).

Кроме того, по ГОСТ 3476-74 количество камне­ видных кусков (не подвергавшихся грануляции) не должно превышать 5 % по весу. Куски должны быть не крупнее 100 мм по наибольшему измерению. Влаж­ ность шлаков устанавливается по договоренности с поставщиком.

Гидравлические качества доменного шлака оцени­ вают по коэффициенту качества (К):

• при содержании оксида магния до 10 %:

•антрацитовые, образующиеся при сжигании антра­ цита, полуантрацита и тощего каменного угля (А);

•каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего, угля (КУ);

•буроугольные, образующиеся при сжигании бу­ рого угля (Б).

Золы, в зависимости от химического состава, под­ разделяют на типы:

•кислые (К) — антрацитовые, каменноугольные и буроугольные, содержащие оксид кальция до 10 %;

•основные (О) — буроугольные, содержащие ок­ сид кальция более 10 % по массе.

Золы, в зависимости от качественных показателей, подразделяют на 4 вида:

I — для железобетонных конструкций и изделий тяжелого и легкого бетонов;

II— для бетонных конструкций и изделий тяжелого

илегкого бетонов, строительных растворов; III — для изделий и конструкций из ячеистого бетона;

IV — для бетонных и железобетонных изделий и конструкций, работающих в особо тяжелых ус­ ловиях (гидротехнические сооружения, дороги, аэродромы и т. д.).

Золы в смеси с портландцементом должны обеспе­ чить равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде, а основные золы III вида — в автоклаве. Влажность золы должна быть не более 1 масс. %

%S i 0 2 + % ТЮ 2

•при содержании оксида магния более 10 %:

% S i0 2 +% Т Ю 2 + (% M g O -1 0 )

Электротермофосфорные шлаки по химическому со­ ставу должны удовлетворять следующим требованиям:

-содержание диоксида кремния (Si02), %, — не ме­ нее 38;

-содержание суммы оксида кальция (СаО) и оксида магния (MgO), %, — не менее 43;

-содержание пятиоксида фосфора (Р20 5), %, — не более 2,5.

Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов

Зола-уноса (ГОСТ 25818-91) продукт сухого отбора, образующийся на тепловых электростанциях в резуль­ тате сжигания углей в пылевидном состоянии и приме­ няемый в качестве компонента для изготовления бето­ нов, строительных растворов, а также в качестве тонкомолотой добавки для жаростойких бетонов (табл. 4.40).

Золы по виду сжигаемого угля разделяют на:

Смеси золо-шлаковые тепловых электростанций для бетонов

Золо-шлаковые смеси образуются на тепловых элек­ тростанциях (ГОСТ 25592-91) при совместном гидро­ удалении золы и шлака в процессе сжигания углей в пылевидном состоянии и применяются в качестве ком­ понента для изготовления строительных растворов, а также бетонов для сборных и монолитных железобе­ тонных конструкций и изделий.

Разделение золо-шлаковых смесей на виды и оксид­ ный состав представлены в табл. 4.41-4.43.

Зольная составляющая золо-шлаковой смеси и мел­ козернистая смесь в сочетании с портландцементом должна обеспечивать равномерность изменения объема при испытании кипячением в воде.

Шлаковый щебень золо-шлаковой смеси должен об­ ладать стойкостью против силикатного и железистого распадов. Потери массы при определении стойкости против силикатного и железистого распадов — не бо­ лее 8 и 5 % соответственно.

Влажность золо-шлаковой смеси должна быть не более 15 масс. %.

Стандарт не распространяется на золо-шлаковые смеси для бетонов гидротехнических сооружений, шпал, опор ЛЭП и специальных видов бетонов.

Происхождение

Добавки

добавок

Прочность после пропаривания, МПа, не менее

——

——

1,0 3,0

—15